加权马尔可夫链在河流水质预测中的应用

在河流水质预测方法准确度不高的情况下,介绍了加权马尔可夫链的预测方法,以辽宁省抚顺市内浑河为例,根据1997～2006年的水质资料,采用均值-方差法对年降水量进行了状态分级,应用加权马尔可夫链对生化需氧量进行预测和分析.结果表明:该方法客观、准确、可靠、简便,为水质的中短期预测提供了新的解决途径.     

无资料地区径流分析计算方法研究

应用区域回归法进行无资料地区径流计算。采用快速聚类划分水文一致区，建立径流量与特征变量的区域回归方程，应用加权最小二乘法估算回归系数，推求年平均径流及不同保证率下的径流量；通过模糊优选法选择相似流域，采用水文比拟法估算径流的年内分配。结果表明所提方法要优于传统的等值线图法。     

基于改进FCM算法的加权马尔可夫链的年降水预测

应用改进的FCM(Fuzzy C-Means,模糊C均值聚类)算法对承德市1951—2015年的年降水序列进行模糊聚类,获得10个聚类中心和隶属度矩阵。根据最大隶属原则确定每年的降水状态,采用规范化的各阶自相关系数为权重,建立了加权马尔可夫链模型。以隶属度向量作为预测时的初始状态向量,通过该模型逐年预测了承德市2004—2015年的降水状态,结果与实际情况一致。引入模糊集中的级别特征值公式,并对该公式做出修正。基于马尔可夫链的预测结果,应用修正后的级别特征值公式预测了2004—2015年的降水量,所有预测结果的相对误差都在7%以内,初步表明基于模糊聚类和加权马尔可夫链的降水预测模型是合理可行的。     

近期气候变化对东江流域水资源的影响研究

利用东江流域主要气象及水文站点1956-2000年气温、降雨及天然径流量时间序列,采用Mann-Kendall秩次相关法检验了流域各季节及年均气温、降雨等气候要素及天然径流量的变化趋势,分析了流域气候变化特征.并利用相关分析法分析了流域气温和降水与径流的相关性,对未来50年该流域径流量的变化趋势进行了预测.结果表明:流域年均气温总体呈显著增加趋势,而年均降雨量和径流总量变化趋势不显著;全流域降雨与径流为正相关,相关系数为0.928,气温与径流为负相关,相关系数为-0.017,说明降雨与径流的关系更为密切,其在流域径流量的变化中起着主要作用.此外,剧烈的人类活动也使得这些相关性更为复杂.     

基于改进多元模糊均生函数的克孜河年径流预测

天然径流的计算是区域水资源评价和水利水电工程设计的基础.本文采用改进多元模糊均生函数时间序列模型对新疆克孜河天然径流量进行模拟,结果表明该模型适用于天然径流预测,且可获得较高的预测精度.     

城市工业用水量的灰色马尔可夫预测模型

灰色GM(1,1)是预测城市工业用水量的模型,这种模型不适合长期的、随机和波动性较大的数据序列预测,但是马尔可夫模型适合描述随机波动性较大的预测问题.可以将这两种模型结合,构建灰色马尔可夫预测模型.按特定的状态划分方法,先用灰色GM(1,1)预测模型进行预测,再用马尔可夫模型预测结果进行优化,使预测精度大大提高.最后以抚顺市为例,预测结果证明了该模型的优势.     

基于SOM神经网络的年径流划分 ——以密云水库为例

传统的年径流划分往往通过年径流量的数量指标划分丰水年、平水年与枯水年.但仅仅通过该方法难以反映年内径流分布的情况.引入SOM神经网络,根据径流序列的月径流量、集中度与集中期,年内不均匀系数等指标,进行年径流序列的划分,得出具有年内特征的年径流划分成果.并以密云水库为例,对密云水库年径流进行了应用研究,将密云水库年径流序...     

一种改进的基于混沌吸引子的径流降尺度分析

基于混沌理论,研究水文科学的尺度问题,将混沌分析方法应用于径流的降尺度计算。通过分析大时间尺度的年径流量分解到小时间尺度的月径流量的分解系数的混沌特征量,论证了分解系数具有混沌特性。在此基础上,对分解系数的预测方法提出改进意见并给出具体算法。然后根据预测结果进行月径流量的降尺度计算。实例研究表明,改进的算法用于径流量的降尺度分析具有明显的优点。     

基于改进集对分析的新疆黄水沟年径流预测

本文提出了以几何形式表示集对的G-SPA模型,该模型以向量之间的夹角、相关系数、欧式距离以及向量的模为指标对径流集合建立对应的指标集合,将指标集合的相似度作为判断径流集合相似度的依据,其优点是不仅考虑了径流大小的相似性,而且考虑了径流变化趋势的相似性.将G-SPA预测模型应用于新疆黄水沟年径流量预测中,并分别与GRNN神经网络模型以及AR(2)模型的预测结果进行了对比.结果表明:G-SPA模型预测的平均相对误差为7.42％,预测结果优于GRNN模型和AR(2)模型.     

一种改进的基于混沌吸引子的径流

基于混沌理论,研究水文科学的尺度问题,将混沌分析方法应用于径流的降尺度计算。通过分析大时间尺度的年径流量分解到小时间尺度的月径流量的分解系数的混沌特征量,论证了分解系数具有混沌特性。在此基础上,对分解系数的预测方法提出改进意见并给出具体算法。然后根据预测结果进行月径流量的降尺度计算。实例研究表明,改进的算法用于径流量的降尺度分析具有明显的优点。     

基于小波分析-PSO优化ANFIS的径流组合预测模型研究

径流序列由于多种因素的影响,存在十分复杂的变化特性,如果利用常规方法直接进行预测,其预测精度一般不高.如果将径流序列分解成比较简单的序列,再利用非线性预测方法进行预测,其精度将会得到提高.利用小波分析的多分辨率分解功能对径流序列进行分解,降低了径流序列的复杂程度.利用PSO对自适应神经模糊推理系统的网络参数进行优化,提高模型结构参数的确定精度.将小波分析与PSO优化的ANFIS进行组合对径流序列进行预测,经实例验证:该模型能够提高径流预测的精度,预测效果较好.     

挠力河流域径流变化特征与影响因素分析

挠力河作为三江平原最大的流域,其径流变化过程对三江平原的社会经济发展、生态环境变化起着至关重要的作用。为获取该流域的径流量变化特征,首先采用线性趋势分析法和Mann-Kendall趋势检验法对流域4个代表性水文站径流序列进行趋势分析,然后采用滑动移除近似熵法(MC-Ap En法)和Mann-Kendall突变检验法分别对径流进行突变检验,并对径流发生变化的原因进行了探讨。结果表明:挠力河流域上、中、下游径流量分布不均匀,且同一水文站径流年际变化较大,不利于挠力河流域水资源的开发利用;挠力河流域近50 a来径流量呈明显的减少趋势,其中宝清站、保安站、菜咀子站径流下降趋势明显;挠力河径流量在1966年发生突变,突变后径流呈明显的减少趋势,发生突变的主要原因是降雨量减少、农业开垦的扩张以及水利工程建设的日益增多;滑动移除近似熵法在进行径流突变分析的过程中,表现出精确度高、抗干扰能力强等特点,是一种适于径流序列突变检测的方法。     

基于小波分析的支持向量机径流预测模型及应用

针对径流年内、年际变化幅度大、单一方法难以预测的特点,提出基于小波分析的支持向量机径流预测模型。该模型从时频分析角度出发,把月径流序列分解成不同的频率成分,分别采用支持向量机进行预测。以淮河支流沙河上游某水库月径流预测为研究实例,得出了较满意的预测结果。通过与其它方法预测结果的对比分析,验证了模型的有效性,为径流预测提供了一条新途径。     

美国密西西比河下游水体含氮量预报方法

为了研究农业区面污染造成的河流水体污染和富营养化等问题,以离子型为主的硝态氮污染物的质量浓度与径流大小的变化关系为河流水体含氮量预报的基础,选择农业区密集的美国密西西比河下游为研究对象,观测干流上控制性水文站维克斯堡站,对收集到的相关径流和水体硝态氮资料进行分析;运用Baseflow基流分割程序对径流序列分别进行日、月基流分割,将所分割的基流运用耶鲁大学Loadrunner程序,延伸和补全所选站点水体硝态氮的逐日质量浓度序列,并进一步建立逐月数据序列;运用神经网络方法,对研究对象的水体月硝态氮质量浓度进行了验证预报,建立了相应的预报步骤与预报公式.预报结果显示:对密西西比河下游水体月硝态氮质量浓度预报平均误差为7.5%.由此可见所提出的步骤和方法的准确性与适用性,可用于实际的河流水体月硝态氮质量浓度预报.     

关河水库流域水文序列突变诊断与非一致性研究

在气候变化和人类活动影响下,近年来很多流域的水文序列发生了突变,呈现出了时间序列上的非一致性。同时,水文序列的自相关性影响其突变点的准确识别。为研究关河流域降雨以及径流序列的变化规律,根据流域内5个雨量站以及2个实测径流站点近50年的实测资料,利用Mann-Kendall秩次检验其趋势性,同时利用3种突变检验方法分别在无、有去趋势预置白(trend free pre-white,TFPW)前处理的条件下对序列突变点进行识别,并使用Morlet小波对序列进行周期性分析,从突变点诊断、周期性分析和驱动机制3方面剖析关河水库流域水文序列非一致性变化特点。研究结果表明:对系列的自相关性去除以后,TFPW对水文系列中初步识别出来的多个伪突变点有校正作用,有助于识别出真正的突变点,这一结论在随后的周期性分析Morlet小波方法中得到了验证。研究区降雨在1978年发生突变,径流在1979年发生突变,降水是引起两站径流产生突变的原因,且突变点前后径流序列的状态发生了根本性变化;相较于受单一气候影响的石栈道站,受气候因素以及人类活动双因素影响下的关河站其径流总量下降更为明显,径流变化周期不稳定且峰值有所减小。     

辽河流域径流序列特性分析

以辽河干流、浑河、太子河3个子流域为研究区域,依据地域代表性选取辽河干流石佛寺水文站、浑河沈阳水文站、太子河辽阳水文站为分析测站,依据各测站1956-2000年月径流资料,分析辽河流域径流年内、年际变化规律.结果表明:辽河流域径流年内分配极不均匀,月径流变化幅度比较大,其中辽河干流最大月径流可占年总径流的60%以上;径流年际变化趋势不显著,约存在10a、12a、19a、21a的周期.     

沂河流域天然径流变化规律分析

根据沂河主要控制站-临沂站1958~2000年共43a的天然径流资料,采用线性倾向估计法、Mann-Kendall法和小波分析法等方法分析了临沂站天然径流年际变化的趋势性和周期性。选取天然径流年内分配的不均匀系数、完全调节系数、集中度、集中期和绝对变化幅度等指标分析了径流年内分配特征。最终获得了临沂站天然径流年际变化规律、年内分配特征,可为沂河流域水资源的合理开发、利用、优化配置和可持续发展提供一定的参考依据。     

基于最大熵谱估计的水文周期分析

最大熵谱估计法是以AR模型为基础的一种参数谱估计方法。该方法通过频谱分析,可以计算出全局性的主要周期,从而反映出水文时间序列的整体特性。本文介绍了最大熵谱估计法的基本概念和理论,并论述了用Burg算法作为求解AR模型参数的方法。针对岷江紫坪铺水文站1937-2004年的年径流实测资料,本文将最大熵谱估计理论应用于水文时间序列周期的提取上,并采用Fisher检验方法对提取出的周期进行了检验。通过分析发现,岷江紫坪铺站年径流序列存在4年左右的变化准周期,对揭示岷江中上游水文周期的变化规律具有一定的探讨意义。在研究中同时也发现,最大熵谱估计也存在一定的缺陷,在今后的研究中还需进一步建立熵与水文过程之间的联系,从而更好的揭示出水文时间序列的变化规律。     

不同降雨特征对径流过程的影响研究

降雨是影响坡面产流的重要因素,不同的降雨特征会影响降雨径流过程。为探究降雨雨型和降雨峰值因素耦合对坡面径流过程的影响,设计了两组降雨雨型,其峰值分别落在整个降雨过程的前期和后期,进行了降雨径流模拟试验,构建了基于运动波模型的坡面径流数学模型,开展了相应的降雨径流过程数值模拟,分析了径流特征值随降雨特征的变化规律。结果表明:随着降雨峰值增大,两种雨型产生的径流总量和径流峰值均以指数形式增长,在降雨雨型相同时,径流总量和径流峰值呈线性相关。对不同的雨型来说,当降雨总量和降雨历时相同时,后峰型降雨会比前峰型降雨多产生约1/4的径流。